Liaisons entre atomes

[prgasp77]

Bonjour bonjour ...
J'ai toujours été passionné par les sciences de la matières, mais je me suis orienté ailleurs

En parcourant un cours de biochimie, je me suis souvenu qu'il exustait des liaisons hydrogène dont me parlait ma prof de bio au lycée. J'ai tenté de comprendre que quoi il s'agissait en faisant un rapprochement avec les liaisons covalantes que je comprenais ... enfin que je croyais comprendre. Pourquoi, mais pourquoi donc les électons ont cette tendance si humaine de s'accoupler ? Et qu'est-ce donc que cette liaison hydrogène ? Quelles forces sont en jeu ? ...

Je vous remercie d'éclairer ma lanterne sur ce vaste sujet.
Curieusement,
prgasp77

Edit : 512 messages, ça se fête
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[Seirios]

Bonjour,

C'est en rapport avec la polarité des molécules : celles-ci se disposent de manière à ce que des liaisons électrostatiques se forment entre les pôles des molécules. Voici un document sur le sujet

[prgasp77]

Merci pour ta réponse rapide. En effet, le pourquoi de la liaison hydrogène est assez simple, mais qu'en est-il des liaisons covalentes ?

Merci.

[Gilgamesh]

Merci pour ta réponse rapide. En effet, le pourquoi de la liaison hydrogène est assez simple, mais qu'en est-il des liaisons covalentes ?

Merci.

Dans la liaison covalente, les atomes mettent en commun leurs électron sur la dernière couche (dite de valence, d'où covalent) de façon à la compléter. Dans H2O, il manque 1 électron à l'Hydrogène pour compléter sa couche s (qui ne peut contenir que 2 électron) et il en manque 2 à l'Oxygène pour attendre 8 électrons. Chaque atome dans cette configuration est plus stable.

a+

[A voir en vidéo sur Futura]

[mach3]

on peut aller jusqu'a parler des orbitales moléculaires. lors de la formation d'une liaison, les orbitales atomiques se recouvrent et forment des orbitales moléculaires. en partant de 2 orbitales atomiques contenant chacune un electron et ayant des energie proches, on forme deux orbitales moléculaire, une plus basse et une autre plus haute que les deux orbitales atomique de départ. Les deux electrons vont se placer dans l'orbitale moléculaire plus basse et l'energie du système sera donc plus basse que celle des deux atomes séparer: la liaison est stable.

m@ch3

[mariposa]

Bonjour bonjour ...
J'ai toujours été passionné par les sciences de la matières, mais je me suis orienté ailleurs

En parcourant un cours de biochimie, je me suis souvenu qu'il exustait des liaisons hydrogène dont me parlait ma prof de bio au lycée. J'ai tenté de comprendre que quoi il s'agissait en faisant un rapprochement avec les liaisons covalantes que je comprenais ... enfin que je croyais comprendre. Pourquoi, mais pourquoi donc les électons ont cette tendance si humaine de s'accoupler ? Et qu'est-ce donc que cette liaison hydrogène ? Quelles forces sont en jeu ? ...

Je vous remercie d'éclairer ma lanterne sur ce vaste sujet.
Curieusement,
prgasp77

Edit : 512 messages, ça se fête

Tu poses là une question apparamment anodine. Dans le langage des physiciens c'est assez complexe, mieux vaut abordé le point de vue simplificateur des chimistes qui fonctionne bien à l'intuition.
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Prenons l'exemple de 2 molécules qui forment une liaison dite hydrogène.
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H2O avec NH3

La liaison hydrogène se fait entre un hydrogène de H2O et l'atome d'azote de NH3.
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Pour expliquer cela le chimiste dit qu' il y a une charge résiduelle positive sur le H de H2O (parceque l'oxygéne tend à s'approprier les électrons). Pour l'azote c''est la même chose et il récupère une charge résiduelle négative.
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Ainsi l'hydrogène légerement positif va attirer l'azote légérement négatif. c'est çà la liaison hydrogène.

D'ailleurs le dessin serait:

. HOH....NH3

Le pointillé représentant la liaison hydrogène.

[invite54194f1c]

Tu poses là une question apparamment anodine. Dans le langage des physiciens c'est assez complexe, mieux vaut abordé le point de vue simplificateur des chimistes qui fonctionne bien à l'intuition.

exceptionnel
(je ne peux pas m'empêcher de sourire devant cette fine analyse ; sans vouloir entrer dans des polémiques..)

effectivement, vue comme ca c'est simplificateur ; mais c'est ce qu'on raconte aux jeunes généralement , niveaux < licence ... ensuite on ajoute quelques détails arrivé en maitrise, pour garder la face.


prgasp77 : personnellement, je ne comprends pas bien, tu veux une explication sur la liaison hydrogène ou la covalente, finalement?
(juste pour l'info : non, elles ne sont pas de la même nature)

[mariposa]

effectivement, vue comme ca c'est simplificateur ; mais c'est ce qu'on raconte aux jeunes généralement , niveaux < licence ... ensuite on ajoute quelques détails arrivé en maitrise, pour garder la face.

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Justement très interessant. Peux-tu m'expliquer ce que l'on explique en maitrise (physique ou chimie?), Cela m'intéresse beaucoup.

[invitebeb55539]

Salut.

Le cas de l'hydrogène est connu parce qu'il est peu spécial. Un hydrogène quand est lié avec un oxydant, c'est à dire un atome qui attire fortement les électrons de son coté, va avoir son électron localisé entre les deux noyaux engagés dans la liaison. Ce qui fait qu'il se retrouve à nu en grande partie car il n'a pas d'autres électrons pour l'habiller. Il devient ainsi très séduisant pour les nuages électroniques voisins.

Cette mise à nue de l'hydrogène est responsable du pouvoir solvant de l'eau, de la stabilité de l'ADN, des protéines etc

Bonne continuation.

[invite54194f1c]

bonjour,

je suis intervennu dans ce fil uniquement car l'affirmation que vous aviez faite m'avait paru aussi simplificatrice que la soit-dite interprétation chimique. Je ne souhaite pas manquer de respect avect ca ...

Par la suite, la description faite sur la base d'un exemple concret m'a paru insuffisante pour tenir compe de toutes les particularités de la liaison hydrogène, dont les chimistes sont aussi conscients .

Par exemple ceci:

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D'ailleurs le dessin serait:

. HOH....NH3

Le pointillé représentant la liaison hydrogène.

ne montre pas qu'il est impératif que les trois atomes participants a la liaison soient alignés et ne soulève en aucun cas l'importance de la directionnalité de cette liaison (conséquences très importantes pour la molécule d'eau)

une explication honnete, aurait eu également le mérite de parler un peu de l'ordre d'énergie requise pour ce type de laison ...

enfin:

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Pour expliquer cela le chimiste dit qu' il y a une charge résiduelle positive sur le H de H2O (parceque l'oxygéne tend à s'approprier les électrons). Pour l'azote c''est la même chose et il récupère une charge résiduelle négative.
.
Ainsi l'hydrogène légerement positif va attirer l'azote légérement négatif. c'est çà la liaison hydrogène

lorsque j'étais aux études (pendant ma maitrise chimie) on m'avait parlé un peu aussi du double puits de potentiel, comme par exemple dans le cas de H-H...H et du fait qu'il est possible de transférer un proton par le biais de la liaison hydrogène.
Voila quelques aspects.
Je m'excuse de répondre de cette facon incomplète, mais je n'ai pas le temps de dévelloper plus , c'est un début en attendant ...

Si vous etes toujours interessé par la suite, ce serait un plaisir pour moi d'en discuter plus (voir, de profiter de vos connaissances) .

[prgasp77]

Bonsoir. merci pour toutes vos réponses.

Les deux electrons vont se placer dans l'orbitale moléculaire plus basse et l'energie du système sera donc plus basse que celle des deux atomes séparer: la liaison est stable.

Ca commence à devenir intéressant. Est-il possible d'en savoir plus ? Je comprends l'idée, mais pas le mécanisme.

prgasp77 : personnellement, je ne comprends pas bien, tu veux une explication sur la liaison hydrogène ou la covalente, finalement?
(juste pour l'info : non, elles ne sont pas de la même nature)

Je voulais avoir des informations sur les deux liaisons. Pour la liaison hydrogène, il s'agissait d'un trou de mémoire, tout me revient à présent (traitée au lycée de cette manière simplifiée, puis j'ai fais quelques recherche). En revanche, l'étude de la liaison covalente m'intéresse, du point de vu physique fondamentale. Je vous remercie tous pour vos réponses et votre aide, mais j'aimerais plus de détails.

Curieusement,
prgasp77.

[mariposa]

lorsque j'étais aux études (pendant ma maitrise chimie) on m'avait parlé un peu aussi du double puits de potentiel, comme par exemple dans le cas de H-H...H et du fait qu'il est possible de transférer un proton par le biais de la liaison hydrogène.
Voila quelques aspects.
Je m'excuse de répondre de cette facon incomplète, mais je n'ai pas le temps de dévelloper plus , c'est un début en attendant ...

Si vous etes toujours interessé par la suite, ce serait un plaisir pour moi d'en discuter plus (voir, de profiter de vos connaissances) .

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Bonjour
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Juste un petit commentaire pour l'instant. J'avais bien préciser que je me mettais dans le langage du chimiste. Et je crois qu'il est difficile de faire autrement. Il sufffit de voir comment est traité la molécule d'hydrogène par les chimistes et par les physiciens.

[prgasp77]

J'avais bien préciser que je me mettais dans le langage du chimiste. Et je crois qu'il est difficile de faire autrement. Il sufffit de voir comment est traité la molécule d'hydrogène par les chimistes et par les physiciens.

Oui, pas de doute vous l'aviez précisé. Mais que pouvez-vous dire de plus à propos de cette différence ? (molécule ?)
Merci.

[prgasp77]

HAAAAAAaaaaaa !!! !!! Horreur !!! Ce thread est passé en secodne page :'(

Quelqu'un pour me renseigner ? Un grand grand merci.

[invite5e5dd00d]

La liaison covalente est le partage d'un électron (mis en commun) entre deux atomes.
La liaison hydrogène est le partage d'un atome d'hydrogène entre deux atomes électronégatifs, comme expliqué sur ce schéma : http://chimge.unil.ch/En/inter/Images/1ii20b.jpg

Ce sont donc deux liaisons de natures différentes.
La liaison covalente est d'ailleurs bien plus robuste que la liaison hydrogène, mais cette dernière est incontournable pour expliquer certains phénomènes :
la température d'ébullition de l'eau par exemple, "si" élevée par rapport à ce qu'on prévoirait en ne prenant en compte que les liaisons covalentes.

[mariposa]

Oui, pas de doute vous l'aviez précisé. Mais que pouvez-vous dire de plus à propos de cette différence ? (molécule ?)
Merci.

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Bonjour,

Pour representer la cohésion des molécules les chimistes ont un modèle de la liaison covalente par la mise en commun de 2 électrons et c'est très bien ainsi parce qu'opérationnel.
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Quand les chimistes veulent justifier l'appariement par la MQ ils évoquent la double occupation d'une orbitale qualifiée de liante qu'ils forment par la combinaison symétrique de 2 orbitales atomiques. Cela parait justifier qualitativement le modèle d'appariement.

quand on fait le calcul, donc quantitativement ce modèle ne va pas. C'est un peu long a expliquer, surtout sans mathématiques. La grosse idée est que 2 électrons qui occupent l'orbitale moléculaire n'est pas une bonne representation parceque le terme de répulsion électrostatique est énorme.

[philou21]

Et la bonne explication, c'est quoi ?

[mariposa]

Et la bonne explication, c'est quoi ?

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bonjour,

C'est un cas de figure où les 2 électrons sont fortement corrélés. Il n'existe pas de champ moyen, meme approximatif pour les décrire.
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Il faut donc prendre une combinaison de déterminants de Slater pour pouvoir representer les corrélations. le résultat montre que la plupart du temps les 2 électrons sont chacun situés sur les atomes. il y a une petite fluctuation pendant lesquels les 2 électrons sont "au milieu". La cohésion de la molécule vient de l'énergie cinétique résultant de la délocalisation.

[philou21]

Non, en général une description par un seul déterminant suffit à rendre compte des liaisons.

Exprimer la fonction d'onde sur une base déterminantale va améliorer les choses en prenant en compte une partie de l'énergie de corrélation. Mais l'essentiel est (sauf cas particulier) assez bien décrit par un seul déterminant.

[mariposa]

Non, en général une description par un seul déterminant suffit à rendre compte des liaisons.

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Si tu veux absolument prendre 1 seul déterminant, le déterminant construit a partir des orbitales liantes est une catastrophe.
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C'est beaucoup mieux si tu prends un déterminant avec 2 orbitales atomiques et si tu introduits un élement non diagonale entre les 2 etats monoélectroniques, l'intégrale de saut (qui est négative). C'est cet élément là qui va contribuer a décrire la liaison chimique. La valeur de l'opérateur bi-électronique est minimisé par le placement d'autorité sur les sites atomiques.
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Mais ce qui est important dans le cadre de cette discussion est que ce déterminant n'a rien a voir avec le déterminant construit sur les orbitales moléculaires.

[philou21]

Si tu veux absolument prendre 1 seul déterminant, le déterminant construit a partir des orbitales liantes est une catastrophe.

Je pense que tu fais référence à la molécule de dihydrogène.

Je parle, moi de calculs sur des molécules d'intérêt... Des milliers d'études ont montrées et montrent encore que le modèle des orbitales moléculaires fonctionne bien. Et qu'une description monodéterminantale (ordre 1 en perturbation) décrit assez bien la plupart des propriétés.

Une quantité impressionnante de résultats chimique sont rationalisés par des arguments orbitalaires. Ca marche...pas toujours, mais quand même souvent...

[mariposa]

Je pense que tu fais référence à la molécule de dihydrogène.

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C'est excate

Je parle, moi de calculs sur des molécules d'intérêt... Des milliers d'études ont montrées et montrent encore que le modèle des orbitales moléculaires fonctionne bien. Et qu'une description monodéterminantale (ordre 1 en perturbation) décrit assez bien la plupart des propriétés.

Une quantité impressionnante de résultats chimique sont rationalisés par des arguments orbitalaires. Ca marche...pas toujours, mais quand même souvent...

C'est marrant j'ai travaillé 4 mois dans le plus gros labo de chimie théorique en France (c'était il y 20 ans Malrieu à Toulouse). C'est de notoriété que pour obtenir des résultats ab-initio il fallait diagonaliser des matrices de dimension 100 000 par 100 000 et encore il y a parfois des problèmes de convergence insolubles.

la valeur des états excités des atomes a couches ouvertes ne marchaient pas du tout et on ne savait pas pourquoi. Je ne sais pas ce qu'il en ait aujourd'hui.
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Pg De Gennes a d'ailleurs milité pour faire disparaitre ce genre de calculs qui selon lui n'apportaient rien.

[philou21]

C'est marrant j'ai travaillé 4 mois dans le plus gros labo de chimie théorique en France (c'était il y 20 ans Malrieu à Toulouse). C'est de notoriété que pour obtenir des résultats ab-initio il fallait diagonaliser des matrices de dimension 100 000 par 100 000 et encore il y a parfois des problèmes de convergence insolubles.

la valeur des états excités des atomes a couches ouvertes ne marchaient pas du tout et on ne savait pas pourquoi. Je ne sais pas ce qu'il en ait aujourd'hui.
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Pg De Gennes a d'ailleurs milité pour faire disparaitre ce genre de calculs qui selon lui n'apportaient rien.

OK, je comprends beaucoup mieux maintenant : tu peux pas savoir ce que les choses ont évoluées depuis 20 ans...

[mariposa]

OK, je comprends beaucoup mieux maintenant : tu peux pas savoir ce que les choses ont évoluées depuis 20 ans...

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Pourquoi pas.
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J'imagine mal que l'on ait trouvé un remède aux développement en déterminants. Mais enfin je t'écoute
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J'ai contribué a faire connaitre, a la même époque aux chimistes la technique LDF. Cette technique est efficace pour tous les problèmes de cohésion en chimie comme en physique du solide mais n'apporte aucune lumière sur la richesse des pb a N corps. Et encore avant il y avait les méthodes X alpha qui ont fait dire tout et son contraire. tout çà c'est du champ moyen.
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Et aujourd'hui, quoi de neuf, je n'ai plus de contacts.

[philou21]

Oui, depuis ce temps on a développé des fonctionnelles hybrides qui donnent des résultats de plus en plus satisfaisant pour les problèmes chimiques. Les états excités deviennent accessibles grâce aux méthodes de la TDDFT (Time Dependant DFT).

Les progrès pour les "grosses" molécules sont clairement en fonctionnelle de densité (ou je te rappelle que le déterminant n'est là que pour "simuler" la vraie densité) plutôt qu'en méthodes post HF (hormis les perturbatives peut-être...)

Bon je suppose que si tu es vraiment intéressé tu trouveras sur le web des tas de renseignements sur ces méthodes.

Au fait, dire que pour le dihydrogène l'approx orbitalaire avec un seul déterminant est catastrophique me semble un peu outré : un calcul bête de type HF conduit à une distance internucléaire de 0.7326 ang. Je n'appelle pas ça catastrophique...

Cordialement

[mariposa]

Oui, depuis ce temps on a développé des fonctionnelles hybrides qui donnent des résultats de plus en plus satisfaisant pour les problèmes chimiques. Les états excités deviennent accessibles grâce aux méthodes de la TDDFT (Time Dependant DFT).
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C'est bien ce que je pensais. Ce qui a émergé a l'époque a travers la LDF a continuer par des stratégies calculatoire cad la recherche d'algorithme efficace. Ca a un interet pratique pour l'ingénieur, mais pour le physicien l'objectif c'est de comprendre le problème à N corps.
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A ma connaissance le nec plus ultra c'est la méthode GW qui permet de calculer les structures électroniques ET de comprendre ce qui se passe.

Les progrès pour les "grosses" molécules sont clairement en fonctionnelle de densité (ou je te rappelle que le déterminant n'est là que pour "simuler" la vraie densité) plutôt qu'en méthodes post HF (hormis les perturbatives peut-être...)

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Même remarque que précedemment, on "sort" de la physique pour chercher le résultat. PG De Gennes doit vraiment pas être content.

Bon je suppose que si tu es vraiment intéressé tu trouveras sur le web des tas de renseignements sur ces méthodes.

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A la limite si tu peux m'indiquer une seule référence de synthèse çà me permettra d'être au courant.

Au fait, dire que pour le dihydrogène l'approx orbitalaire avec un seul déterminant est catastrophique me semble un peu outré : un calcul bête de type HF conduit à une distance internucléaire de 0.7326 ang. Je n'appelle pas ça catastrophique...

Cordialement

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Calcul bête de HF!
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Prend un déterminant construit a partir des orbitales moléculaires et développe le sur la base des orbitales atomiques. Compare-le avec le déterminant unique construit sur la base des orbitales atomiques et tu verras où le bas blesse.
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Maintenant l'accord entre HF et distance interatomique ce n'est pas convaincant en général, car les distances interatomiques ne sont pas trop sensible au modèle. Le test c'est le spectre des états ecxités et là HF c'est l'horreur absolue.
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j'ai pu m'apercevoir que Hartree tout court était beaucoup meilleur que HF. Cela est due au fait que HF exagère les corrélations entre électrons de même spin tout en ignorant les corrélations entre spins opposés.
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J'ai également pas mal travaillé sur HF polarisée de spin en pensant corriger les défauts premiers de HF évoqués ci-dessus. Et bien c'est encore pire pour des raisons qui seraient long à développer. La bonne méthode que j'ai trouvé c'est de travailler en HF polarisé de spin et d'incorporer les corrélations avec pour principe que les sites pour lesquels l'énergie de Hubbard est élevée sont soumis à strictement zéro fluctuations à toute échelle de temps.
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Avec ce type de traitement je suis le premier a avoir calculer le spectre des états excités des atomes de transition dans les solides. Le challenge théorique était a la fois traiter le problème à N corps atomique dans le contexte du problème à N corps du solide.
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Ce travail a été repris par diverses personnes. Je ne pas suivi l'impact mais j'ai trouvé une phys. Rev.letters qui s'est servi de ma théorie pour comprendre la hauteur d'une barrière Shottky; Un problème qui n'avait jamais été expliqué.
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Ce genre de problème extrème ne peut pas être traiter par LDF et toutes les variantes. Il faut prendre le Pb à N corps explicitement.
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LDF ne pourra jamais expliqué l'effet Hall Quantique fractionnaire etc...
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Pour ce boulot j'avais pas mal réflechit sur la molécule d'hydrogène et transformer cette réflexion en cours de DEA de 15H intitulé: la molécule d'hydrogène une mine de trèsors.
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Tout ce baratin pour dire qu'il faut distinguer les modes de pensée des chimistes et les modes de pensée des physiciens qui ne poursuivent pas le même objectif et ce n'est pas un jugement de valeurs. Ce n'est pas avec GW que l'on fait de la chimie mais avec le modèle de covalence, ïonique,...qui est le bon langage pour comprendre la chimie.

[invite455504f8]

C'est bien ce que je pensais. Ce qui a émergé a l'époque a travers la LDF a continuer par des stratégies calculatoire cad la recherche d'algorithme efficace. Ca a un interet pratique pour l'ingénieur, mais pour le physicien l'objectif c'est de comprendre le problème à N corps.
(...)
Tout ce baratin pour dire qu'il faut distinguer les modes de pensée des chimistes et les modes de pensée des physiciens qui ne poursuivent pas le même objectif

à voir...tous les physiciens que je connais utilisent des codes ab-initio d'une façon ou d'une autre.
Lors d'une commission de spécialistes pour le recrutement d'un MCF j'ai entendu un candidat (d'un très haut niveau d'ailleurs) dire: "cet effet est prévu par la théorie car nous l'avons reproduit avec le code" (il s'agissait d'un code de dynamique moléculaire du commerce)....

[philou21]

J'arrête cette discussion qui ne mène à rien...

[mariposa]

à voir...tous les physiciens que je connais utilisent des codes ab-initio d'une façon ou d'une autre.
Lors d'une commission de spécialistes pour le recrutement d'un MCF j'ai entendu un candidat (d'un très haut niveau d'ailleurs) dire: "cet effet est prévu par la théorie car nous l'avons reproduit avec le code" (il s'agissait d'un code de dynamique moléculaire du commerce)....

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Ce que tu dis là c'est un phénomène d'évolution générale. Avec la puissance de calcul phénomènale dont on dispose on est capable de reproduire une expérience. Par exemple on est capable de simuler l'explosion d'une bombe atomique avec un luxe de détails.
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Cela signifie que l'on peut dans beaucoup de cas remplacer l'expérimentation par la simulation. La situation est paradoxale:On perd les explications puisqu'il s'agit de calculs qui se substituent à l' expérimentation. Pour l'ingénieur c'est bon, pour le "cognicien" c'est un recul.
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Je m'explique: Supposons que tu disposes d'un code ab-initio qui a fait ses preuves dans le calcul des structures cristallines et de toutes les excitations élémentaires etc...et bien tu n'arriveras jamais a faire apparaitre la supraconductivité.
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Pour qu'un calcul fasse apparaitre le phènomène de supraconductivité il faut faire un code ab-initio sur la supra. Autrement dit c'est parce que tu connais ce qu'est la supra que tu peux faire ce code!
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La découverte de l'effet Hall fractionnaire est apparue par l'expérimentation. Les théoriciens à N corps ont cogités pour expliquer ce phènomène qui est encore encore très ouvert. Tant que l'on aura pas compris comment fonctionne ce curieux phénomène aucun code ab-initio est en mesure de le produire.
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Moralité: les calculs ab-initio sont un immense progrès pour l'ingénieur et aucun pour la connaissance, cad pour la compréhension qui demande un travail de conceptualisation

[invite455504f8]

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Ce que tu dis là c'est un phénomène d'évolution générale. Avec la puissance de calcul phénomènale dont on dispose on est capable de reproduire une expérience. Par exemple on est capable de simuler l'explosion d'une bombe atomique avec un luxe de détails.

moui...enfin je disais ça pour te mettre au courant...je sais d'autant plus que c'est une évolution générale que je travaille dans le domaine....

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Moralité: les calculs ab-initio sont un immense progrès pour l'ingénieur et aucun pour la connaissance, cad pour la compréhension qui demande un travail de conceptualisation

ça c'est totalement outré, les chercheurs de l'équipe que je dirige utilisent ce type de codes justement comme un substitut d'expérimentation, ça permet de tester la validité de théories locales.